冶炼烟气制酸转化工序余热利用改造与实践

郎学云，戚永辉

(易门铜业有限公司，云南易门651100)

冶炼烟气制酸转化工序余热利用改造与实践

郎学云，戚永辉

(易门铜业有限公司，云南易门651100)

介绍了120 kt/a铜冶炼烟气制酸转化余热利用的改造情况。通过在转化器一段出口加装过热器，优化转化换热器设置，实现过热蒸汽发电。蒸汽发电量达到200 kWh/t，较饱和蒸汽发电量120 kWh/t增加了80 kWh/t，全年按330 d计算，每年蒸汽发电量较饱和蒸汽增加9.5×106kWh。

冶炼烟气 硫酸生产 余热利用 转化 过热器 技术改造

易门铜业有限公司(以下简称易门铜业)冶炼烟气制酸装置的设计能力为120 kt/a，于2006年11月建成投运，烟气来源为“鼓风炉+转炉”混合烟气，采用“3+1”二转二吸制酸工艺。2014年，易门铜业进行铜冶炼中试基地项目改造，采用富氧熔池底吹炉熔炼替代鼓风炉，烟气SO2浓度大幅提升，硫酸产能提高到213 kt/a。该技改项目通过在转化器一层出口增加过热器、加大Ⅲ换热器面积，实现了转化工序的余热利用。

1 硫酸现状说明

1.1 硫酸系统改造前后烟气条件

易门铜业的“鼓风炉+转炉”冶炼烟气采用“3+1”二转二吸制酸，冶炼中试基地采用“富氧熔池底吹炉+转炉”工艺对冶炼系统进行改造后，其脱硫率大幅提升，冶炼烟气成分有较大变化。改造前后的烟气条件如表1和表2。

1.2 改造前转化系统工艺流程

改造前转化工序采用“3+1”、ⅢⅠ-ⅣⅡ二次转化换热流程。工艺流程如图1所示。

铜冶炼系统技改后，烟气SO2浓度大幅提高，转化工序热量富余量大，需对转化各换热器面积进行重新核算并调整后方可满足工艺要求。

1.3 转化富余热量测算

利用表2烟气设计条件对转化系统进行热平衡计算，得到改造后所需换热面积情况如表3。

改造后一吸塔进口烟气温度将达到274 ℃，一般一吸塔进口烟气温度控制在175 ℃，富余热量约为103 49 MJ/h，需增加省煤器或其他方式移除。

表1 改造前进净化的烟气成分及烟气量(混合烟气最大量)

表2 改造后进净化的烟气成分及烟气量(混合烟气最大量)

图1 硫酸装置转化工艺流程

项 目Ⅰ换热器/m2Ⅱ换热器/m2Ⅲ换热器/m2Ⅳ换热器/m2一吸塔进口烟气温度/℃改造前926102435403890173改造后测算1383131117283772274

2 工艺改造方案

2.1 带过热器的转化工序工艺流程

转化工序余热通常采用省煤器、三氧化硫冷却器等方式移除，通过对冶炼系统蒸汽量、转化工序富余热量进行测算，提出在转化器一层出口加装过热器对富氧熔池熔炼底吹炉生产的饱和蒸汽过热后发电、转化器一层出口温度由580 ℃下降到503 ℃的技改方案[1-2]。改造后的工艺流程图如图2。

图2 带过热器的转化工序工艺流程

2.2 设置过热器后转化换热面积

转化器一层出口加装过热器后，对转化Ⅰ，Ⅲ换热器影响大，转化器一层出口烟气部分热量用于过热蒸汽。重新核算各换热器的换热面积如下表4。

表4 加装过热器后转化所需换热面积 m2

由表4可见：在一层出口加装过热器后，通过调整Ⅲ换热器的换热面积，进一吸塔烟气温度可以有效控制。因此，采用在转化器一层出口加装过热器、同时对Ⅲ换热器进行更换的技改方案可行。

3 主要指标及运行效果

易门铜业冶炼中试基地于2014年4月建设完成，余热发电系统于2015年6月建成投产，配套的制酸系统技改经过一年多的运行，各项指标基本正常。

3.1 主要工艺指标

改造后主要工艺指标见表5。

表5 改造后主要工艺指标

由表5可见：由于转化烟气二氧化硫浓度较设计值略有上升，为控制转化器一层出口温度，通过冷副线阀调整，适当降低了转化器一层进口烟气温度，整体运行基本达到要求。

3.2 换热器运行情况

增加过热器主要影响Ⅰ，Ⅲ换热器，这里仅对Ⅰ，Ⅲ换热器运行情况进行对比分析，结果见表6。

表6 Ⅰ，Ⅲ换热器技术参数

从表6可见：换热器实际运行值与设计值出现不同程度的偏差。其中Ⅲ换热器SO2烟气出口温度未能达到设计值的374.1 ℃。再经Ⅰ换热器换热过程中，换热量较大，影响转化器二层进口温度控制，目前转化器二层入口温度按440～445 ℃控制，能满足转化率的要求。

3.3 主要经济指标

过热器自2015年6月投运以来，各项经济技术指标统计结果见表7。

表7 主要经济技术指标

由表7可见：一吸塔烟气入口温度较设计值略有上升，说明经过热器移除部分热量后仍存在富余，能满足转化系统热平衡需要。蒸汽发电量达到200 kWh/t，较饱和蒸汽发电量120 kWh/t增加了80 kWh/t，全年按330 d计算，每年蒸汽发电量较饱和蒸汽增加9.5×106kWh。

4 出现的问题

由于底吹熔池熔炼的生产组织特性，底吹炉存在周期性转出更换氧枪和清理结焦，给硫酸系统的平稳运行带来隐患。在设计时通过增加蓄热器满足底吹炉周期性转出需求，但在实际运行中仍暴露出问题，主要有以下2个方面。

4.1 蓄热器应急供应蒸汽时间不足，过热器运行存在隐患

蓄热器的设计按底吹炉常规转出2 h计算，但由于易门铜业原料来源复杂，杂质成分较高，底吹炉转出清理结焦时间常出现超过3 h以上，导致底吹炉、转炉后期蒸汽供应不足，给过热器安全运行带来隐患。

4.2 Ⅲ换热器换热效果未达到预期

Ⅲ换热器换热系数取值按26 W/(m2·K)，实际运行过程中经测算仅能达到21 W/(m2·K)左右，导致转化器二层入口温度较设计值偏低。在系统复产初期，转化器二层入口温度提升较慢。

5 结语

生产实践表明：通过对转化换热流程的优化，利用转化余热对饱和蒸汽进行过热后发电，在实践中是可行的。在前期设计时，应充分考虑各设备的选型，针对不同工况下的烟气条件，适当放大操作余量。

随着富氧熔炼技术的发展，高浓度烟气制酸越来越成为一种趋势，硫酸富余热量也随之增加。本技改方案的实施，对如何在现有装置的条件下，充分发挥系统潜能，通过局部改造，实现硫酸余热的综合回收具有现实的指导意义。

[1] 孙冶忠.金川集团化工厂铜冶炼烟气制酸中温位余热发电回收[J].有色冶金工程，2015(6)：100-104.

[2] 白海军，杨源满，张风坡.蒸汽过热装置在过热蒸汽发电技术中的应用[J].节能，2016(5)：67-68.

Retrofit and practice of waste heat utilization in smelting flue gas acid process

LANGXueyun,QIYonghui

(Yimen Copper Co., Ltd., Yinmen, Yunnan, 651100, China)

The overview of the utilization of waste heat from the 120 kt/a copper smelting flue gas acid plant was summarized. The power generation by the superheated steam can be achieved by adding a super-heater at the outlet of the first conversion section and optimizing the conversion heat exchanger. Power generation capacity by the superheated steam is 200 kWh/t. Compare with the power generation capacity by the saturated steam, which is 120 kWh/t, the capacity has increased by 80 kWh/t. Calculation based on 330 days per year shows that the superheated steam can increase 9.5×106kWh more power than saturated steam annually.

smelting flue gas; sulphuric acid production; waste heat utilization; conversion; super-heater; retrofit technology

2017-04-11。

郎学云，男，易门铜业有限公司工程师，主要从事硫酸生产管理工作。电话：13887729295；E-mail: 49513670@qq.com。

TQ111.16

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1002-1507(2017)06-0024-03